高铝钨DZ404铸造高温合金 合金圆锭

DZ404合金材料综述

一、成分设计与组织特征

DZ404（旧牌号DZ4）是我国自主研制的镍基沉淀硬化型定向凝固柱晶高温合金，由北京航空材料研究院等单位定型，使用温度1000—1050℃（转子叶1000℃以下、导叶1050℃以下），短时可达1100℃。 名义成分：Ni余量，Cr 9.0—10.0%，Co 5.5—6.5%，W 5.1—5.8%，Mo 3.5—4.2%，Al 5.6—6.4%，Ti 1.6—2.2%，C 0.10—0.16%，B 0.012—0.025%，Zr≤0.02%，Fe≤1.0%。 强化以高体积分数γ′相（Ni₃(Al,Ti)，Al/Ti合计约7.2—8.6%）为主，W+Mo+Co固溶强化为辅，B/Zr偏聚强化残存纵向晶界；不含Hf/Ta/Nb等贵元素，初熔点高、无(γ+γ′)共晶。 定向凝固（高速凝固法HRS或功率降低法PD）获<001>择优取向柱状晶，基本消除横向晶界，标准热处理1220℃×4h空冷+870℃×32h空冷（或1210℃+1100℃+870℃三级），γ′尺寸0.3—0.6 μm，980℃长期时效不析出σ/μ相。

二、力学性能与环境服役表现

室温纵向（定向试棒+标准热处理）：抗拉强度Rm 1000—1100 MPa，屈服强度Rp0.2 850—950 MPa，断后延伸率A 6%—10%，硬度HBW 350—400（HRC 35—40），弹性模量118 GPa。 压缩承载按高γ′定向镍基惯例以抗拉上限近似，抗压强度约1050—1150 MPa。800℃抗拉≥800 MPa，850℃抗拉≥750 MPa、屈服≥600 MPa、100 h持久≥300 MPa；900℃抗拉≈450 MPa，980℃抗拉≥550 MPa、屈服≥450 MPa、延伸率回升至10%。 环境端：Cr 9%+Al 5.5%以上生成Al₂O₃/Cr₂O₃复合膜，1000℃氧化增重低，抗热腐蚀弱于高Cr的K738但优于MAR-M247；柱状晶使热疲劳裂纹沿纵向止裂，ΔT≈600℃循环寿命数倍于等轴晶K738。 性能各向异性显著，横向拉伸仅为纵向60%—70%，设计须取纵向受拉。

三、制备工艺与典型应用

真空感应熔炼母合金→真空重熔+定向凝固结晶器拉晶（温度梯度G≥30 K/mm，抽拉速率3—6 mm/min）→精铸无余量空心带冷气通道涡轮叶片，铸件CT6、Ra≤3.2 μm，可铸0.5 mm薄壁不开裂；不可锻造，机加工用陶瓷/PCBN刀具低速湿切，可真空钎焊、忌熔焊（晶界液化裂）。 1991年起装用于推重比6.5级航空发动机二级实心涡轮转子叶片，并扩至导向叶片、燃烧室衬套；工业重型燃机一二级动静叶、舰船燃机热端件；赛车涡轮叶轮、高温炉辊。 相对MAR-M247（含Ta/Hf）980℃强度略低但成本降30%—50%、铸造流动性更好；相对K738抗热腐蚀稍弱但定向柱晶蠕变寿命更高。

DZ404以高Al/Ti+高W/Mo+适度Cr/Co的定向柱晶设计，在1000℃级航空发动机涡轮叶片上实现强度、工艺性与成本的折中，是我国定向凝固叶片国产化牌号；压缩承载可按1050—1150 MPa估算，工程许用须以质保书纵向室温拉伸+850℃/980℃持久实测为准，横向受力件须单独评估。

UNS N06600、Inconel600、Alloy600、UNS N06601、Inconel601、Alloy601、UNS N06625、Inconel625、Alloy625、Inconel690、Inconel718、InconelX-750

二、英科：

UNS NO8800、Incoloy800、Alloy800UNS NO8810、Incoloy800H、Alloy800H/800HT、UNS NO8825、Incoloy825、Alloy825

三、Carpenter20合金：

Alloy20cb-3、UNS NO8020

四、蒙乃尔：

Monel400NO4400Alloy400MonelK500NO5500

五、哈氏合金：

Hastelloy C-276、C-22、C-4、Hastelloy B、B-2、B-3、Hastelloy X、G、G2、G3、Hastelloy G30

六、固溶强化性铁镍基合金：

NS111、NS112、NS113、NS131、NS141、NS142、NS143

七、固溶强化型镍基合金：

NS311、NS312、NS313、NS314、NS315、NS321、NS322、NS331、NS332、NS333、NS334、

NS335、NS336、NS341

八、时效强化型镍基合金：

NS411

九、固溶强化型铁基合金：

GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140

十、时效硬化性铁基合金：

GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132/SUH660、GH2135、GH2136、GH2302

十一、固溶强化型镍基合金：

GH3030、GH3039、GH3044、GH3028

十二、时效硬化型镍基合金：

GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169

十三、奥氏体不锈钢:

904L（UNS N08904）、Nitronic60(S21800）、nitronic50(XM-19)/S20910、304L、316Ti、316N、316LN、316Mod、317L、317LN、309S、310S、304N

十四、复合式不锈钢：

SAF2205（F51）、SAF2507（F53）、S32760、254SMo（F44、DIN1.4529）、329J1（0Cr26Ni5Mo2）、SAF2506、0Cr17Mn13Mo2N(A4钢)

十五、沉淀硬化不锈钢

17－4PH(SUS630、S17400、0Cr17NiCu4Nb)、17-7PH（SUS631、0Cr17Ni7Al)、15-7Mo（SUS632、0Cr15Ni7Mo2Al）、15-5PH VAR(S15500、0Cr15Ni5Cu3Nb)

十六、其它：

可伐合金4J29 Kovar，Invar合金4J36 Invar合金、4J34，4J46，4J32，4J42